电网精细化在线安全分析及应急处置预案智能生成设计研究

张弓帅 龚玉辛 李建国

（云南电网有限责任公司玉溪供电局）

0 引言

由于风能、太阳能等间断可再生资源的大量涌入，使得电力系统的运行具有较强的不确定性和时间复杂度，电力系统在运行中的规律性和稳定性问题变得越来越严峻。在电力系统中，随着先进的控制技术、通信技术以及其他技术的逐步普及和运用，必将使电力系统的运行变得更加复杂。传统的以人为依据进行脱机事故的分析和事故处理方案的常规方法已不能满足大网络的变化，需要对电力系统的精细操作和在线安全性进行研究。

1 电网精细化在线安全分析系统

由于电力系统中的使用者数量不断增加，负荷不断增加，加之电力系统的工作模式逐渐发生改变，其工作特点也越来越复杂，因此电力系统出现短路时波及的范围也越来越广。为了更好地解决以上问题，做好电力市场的实际操作和网络的实时监控，电力市场的调控和运营管理部门正在大力发展在线安全分析技术。电网调度人员通过使用在线分析软件实现数据统计、分析、运算，大大减少了负荷，通过可视化的监控与操作平台，可以直观、快速地掌握电网运行信息，发现电网运行隐患，并有针对性的实施调度，有力保障了电网运行的持续性和稳定性。该软件具有在线稳定分析与预警、稳定裕度评价和辅助判断分析等多种功能，能够对电力市场的实际运行状况进行综合的在线分析，并给出相应的校验和修正的战略，包括：暂态稳定、电压稳定、小干扰稳定、短路电流的统计以及曲线显示等；静态安全分析，短路电流及电压稳定性的辅助判断；联机资料输出及离线运算设定汇入等。该系统可帮助电网运行管理人员及时了解电网动态运行状况，分析电网实时稳定性，及时发现和排除电网的潜在危险。其中，辅助性决策是一种非常有用的方法，它可以帮助电力系统的调度人员进行优化和精确的调度，并为电力系统的基本状态和N-1模式的电力系统的动态越界，通过调节电力系统的输出功率和负载的切断来实现对电力系统的控制。静态安全辅助决策程序的工作状况，以及所能得到的决策资料与资料的可靠性、合理性，将直接关系到整个电网的整体调度方向，甚至是整个电网的安全与稳定性。该系统可对电力市场的动态进行准确监控和分析，根据设定战略梳理、计算大量的数据，有效地筛选出监控的重点和弱点，及时向调度员反馈重要的数据，为下一步的电网调度和调度工作提供准确的依据。与以往依赖经验分析和判断的业务发展方式相比，网络安全分析体系的引入，使电力市场的运营管理和运营业务水平都得到了极大的提高。同时，对数据进行系统的解析计算，防止了由于人为原因导致的疏忽，从而在某种意义上提升了企业的经营管理水平。同时，它的人机界面也让调节操作员可以直接地理解和操纵电力网络，并能依据系统的分析进行判断、修正、调整和处置［1］。

加强系统模型和参数管理，完善系统模型和参数管理机制和程序，从系统模型和参数更新的全过程进行闭环管理，保证系统模型和参数更新工作及时、准确。探讨自动化技术支持以达到自动同步的目的，并运用电脑技术进行系统的基本资料的更新和检查，使资料能够适时地得到更新，为进一步深入地运用各种分析的能力打下坚实的基础，从而有效地减轻了工作负担，提高了更新的工作速度。通过对系统的软件进行不断的优化升级，不断地引入新的、成熟的技术，以保证系统的快速稳定运行。并根据具体的使用需求，对各系统的信息互动进行改进，使各系统的主要功能更加直观、操作界面更加方便、更加有效。

2 总体设计

电力系统中的电力需求日益增加、电力系统的迅速发展，使得电力系统的实时安全性评估能力越来越难以满足其要求。常规电力系统的实时安全报警系统只能用于500kV和220kV，缺乏对110kV电力系统的故障和安全性评价。由于没有将备用的自投式建模引入到预期失效的安全性计算中，结果往往与现实不符，无法对现场进行有效的指导。没有将现场保护系统的失效后特性纳入计算范围，而在此基础上，只给出了500kV、220kV的越界处理方案，并没有将负载迁移等方法纳入到系统中，因此，必须制定相应的应急处置预案。为此，以D5000为基础的电网实时安全分析和应急处理方案，针对电网基态和500kV、220kV、110kV电网设备预测问题，进行精细化的在线安全分析和智能生成电网应急处置辅助决策，对实现电网的最优负荷转移具有现实意义。

该方案以D5000为核心，通过D5000进行电网动态分析和智能处理预案的总体设计，其主要目的包括：①通过在线安全分析，跟踪电网实时运行模式和趋势，针对电网基态和500kV、220kV、110kV电网设备预测故障进行精细化在线安全分析，规划备自投功能，判断基态及故障后电网的薄弱环节，对重载及越限设备及时发出告警。②实施紧急情况下辅助决定的智能化产生。针对线路安全性中出现的重载、越限隐患采用拓扑结构法进行自动查找，查找出负载的传输模式，减少装置的超载，并对负载转换模式进行评估，根据实际情况，智能地选取最佳负载传输模式。

根据上述目的，设计了一套完整的电力系统的网络安全性和智能化的综合决策系统。它包含了三个主要的模块：数据模型的拼接，电网安全分析和分析的结果。多层次的资料模型的拼接能够有效地克服对电力系统操作不完全了解的缺点，为电力系统的在线综合安全评估奠定了基础；当数据收集完毕后，将其投入到电力系统的安全分析与计算中，利用该系统对电力系统进行在线的精细的安全性分析，可以获得电力系统的运行状况变化，并利用该系统进行应急处理；分析的结果函数模块的主要功能为：将电力系统的安全性分析与计算结果以可视的方式呈现出来，并能够实现对某些报告、消息等数据的分析［2］。

为了克服电网运行中存在的各种问题，本文根据国分、省联联网的实时监测资料，结合云南220kV、110kV等电力系统的运行参数，采用暂态稳定、静态分析等方法，满足电网实时运行方式、预测故障、电网运行操作等方面的分析，保证电网安全稳定运行。该系统的总体结构由数据模块、计算模块和实际应用模块组成。该系统采用实时信息共享的方式，将整个网络与云南电力系统的数据进行了无缝对接；计算单元是指资料的预处理，通过对拼图进行格式变换，产生整体的稳定性资料并进行潮流运算；该系统的实际运用主要有：线上解析与判断，两种应用程序分别根据运算模块所输出的各种数据进行分析、运算，并将其处理的效果显示于人机交互界面中。

3 功能设计与开发

（1）考虑备自投的精细化在线安全分析设计。根据电力网中的线路和变压器的失效情况，估算出因停电引起的设备超负荷，系统会根据故障情况，对电力网中的线路和变压器进行扫描，寻找出母线停电后的备用自投切换操作，从而改变目前的网络拓扑，并进行静态的稳定性计算，将重载或越界的数据集成到界面上。联机的安全性剖析包含下列特性：①准备一个自动检索的函数。分析资料档案，对各线及各变压器进行扫描，依次对失效进行仿真，寻找备用自投切换，并在备用自投切换操作完成后修改拓扑，并将其写入到静态稳定性分析的中介档。②对安全性进行静态分析的运算。对静态安全性分析计算的有关概要进行调节，在该目录内产生以上存储操作后的拓扑中间档；采用静态安全分析计算器，对各种仿真失效及失效后的拓扑进行统计，将其综合后，形成一个可供用户在人机交互中显示的最终结果。③对失效后的结果进行预测。对预测失败备用自投运后的电网负载进行了分析，并对其进行了数据统计。④显示接口函数。在该接口中显示从投主机备份的结果档，可以查看故障名称、备用开关动作、重载元件名称和数值、超出元件名称和数值，可以在指定的日期和时间点查看历史资料，过滤掉所有的资料，可以将某一时期发生的重载、超限的元素和信息显示在屏幕上。

（2）应急处置预案智能生成。针对网络安全问题中出现的重载和越限隐患，智能应急处理系统的智能决策功能可以实现对重载、越限设备下的负载进行搜索，并利用拓扑结构进行自动搜索，查找负载的传输模式，以避免或减少设备越限和重载。根据预测的失效情况，可以根据预测的负载损耗，进行电力系统的自动查找。针对不同的负载转换模式，分别制定了优化的评估指数，并根据不同的负载传递模式进行了智能的优化。紧急情况处理方案的智能化产生主要由下列几个部分组成：①负载转换通道查找函数。对于超限装置，利用网络拓扑法在装置下面的线路上寻找负载传递路径，在线路上寻找有效的负载传递路径，当负载可以发现其他的电源路径时，就可以确定负载传递的模式（例如关闭开关、打开开关），并对此负载传输后所接入的电网进行判定。②对负载传递后的电流进行了快速的计算。在负载传递路线查找的基础上，提出了负载传递策略，并依据变化后的潮流影响范围，进行了快速的潮流计算。评价负载转接后有关的装置越界状况，其中包含了原越界装置能否排除越界，对此负载提供动力的装置有无新的越界，以及其他受到干扰的装置。③负载传输运行程序的合环电流的求解。根据负载传递路线查询函数所提供的负载传递策略，判定切换运行的合环，合环运行时的电压以及相应分支越界。

（3）根据选择的各种负载转换方式，进行了系统的评价，以确定负载的转换方式减少越界的效果、其他供电通路的超限和过载以及合环运行时的越界。以各有关装置的平均重载速率为指标，构建了最佳的数学模型。在此基础上，进行了最优的运载规划，这种方法可以包括单一负载传递和多负载传递。根据《云南市电力系统管理条例》规定，当电力系统中负荷大于80%时，根据电力系统的运行情况，提出了一种区域电力系统的负荷传输方案。在区域网负载传递的基础上，为防止链路超载，产生了相应的运算流。

根据以上提出的优化的在线安全分析与应急处理预案的智能产生，并将其与电力系统的实时在线安全分析与应急处置预案总体设计相融合，收集得到在线安全分析结果和负载转移决策结果［3］。

4 结束语

综上所述，针对目前电力市场的非现场事故处理方案，采用人工脱机的电力系统应急处理方案已不能满足电力市场的快速发展要求，本文采用智能电网调度控制系统（D5000系统）实现电网精细化在线安全分析及应急处置预案智能生成设计，并提出了防止连锁过载的区域电网负荷转移策略。通过对负载超载状态下的负载传递算法进行检验，对系统的在线安全性和事故处理方案进行了仿真。通过对电力网络进行精细的安全分析与智能处理方案的研究，使地区电力网络的智能化、安全性大大提升，节约了地区电力调度的时间，保证了电力供应的可靠。随着电力系统的不断完善，电力系统内部的负载传输将会逐渐演化为电力系统之间的负载分配，电力系统的实时安全分析与智能化控制将会是电力系统的重要组成部分。